第三节　抗氧化营养素及其作用机制

一、抗氧化营养素

（一）蛋白质与氨基酸

蛋白质为生命的物质基础，蛋白质营养不良将使体内蛋白质包括抗氧化酶合成减少，使机体对活性氧的清除能力下降，从而使机体对氧化损伤的敏感性增加。对于水肿型蛋白质能量营养不良的儿童研究发现其血浆与骨髓中游离铁水平显著升高，由此揭示蛋白质营养不良尚可通过影响一些血浆蛋白如运铁蛋白等的合成，造成机体铁结合能力的下降，使体内游离铁增加，从而间接诱发OS。增加膳食蛋白尤其是动物蛋白的摄入也有可能引起机体的OS反应，原因是动物蛋白摄入增加后，体内同型半胱氨酸生成增加，同型半胱氨酸增加血管组织中的生成，导致氧化损伤；另外，有人体研究结果表明，蛋白摄入增加后，外周血多形核白细胞和单核细胞中活性氧产生增加，导致大量脂质过氧化物的生成，同时，体内NO合成也显著增加。

氨基酸为蛋白质的基本组成单位，一些氨基酸已被证明直接或间接地参与体内抗氧化防御体系。半胱氨酸结构中含有巯基，具有一定的还原作用，并参与体内许多蛋白质功能基团以及GSH的组成，GSH在体内抗氧化防御体系中占据着非常重要的地位，它通过GSH-Px和GR，清除H₂O₂、¹O₂、^•OH等活性氧。动物实验结果表明，GSH缺乏将引起溶血等严重后果。

一些研究结果表明牛磺酸具有抗氧化作用，牛磺酸尚可通过抑制肝细胞、巨噬细胞等iNOS基因的表达，减少氧化应激情况下NO的生成。精氨酸为体内NO合成的底物，NO在体内具有“双刃剑”的作用，即既发挥细胞内信使、扩张血管等作用，又具有氧化作用，有研究发现精氨酸缺乏时，通过eNOS催化反应，导致体内合成增加。

（二）脂肪酸

流行病学研究表明，摄食富含ω-3 PUFA的鱼油，能降低人心脏血管疾病的危险，其作用部分是由于抑制肝脏脂质生成和刺激脂肪酸氧化作用。鱼油易发生过氧化，形成氢过氧化物和增加氧化应激。与ω-6 PUFAs相反，ω-3 PUFAs是自由基生成的抑制剂。富有鱼油的食物能增加大鼠肝脏抗氧化物如GST、解耦联蛋白-2和Mn-SOD的基因表达和上调脂分解代谢基因的表达。ω-3 PUFAs能抑制iNOS表达和诱导性NO合成。因此，ω-3 PUFA经过两种机制发挥对心脏血管功能的有益作用：①降低血浆三酰甘油的浓度；②抑制自由基生成。

另有研究表明，增加细胞外脂肪酸和LDL的浓度，能引起胰腺、血管平滑肌肉和巨噬细胞等iNOS表达；给大鼠喂饲高饱和脂肪食物，能增加肝脏和结肠iNOS的活性，刺激FR生成和骨骼肌线粒体DNA氧化损伤。

（三）维生素

机体新陈代谢中需要维生素，如维生素A、维生素C、维生素E、维生素K、维生素D和类胡萝卜素等，FR与这些维生素发生反应，改变其生理特性，进而失去其应有的生理功能。一些维生素也直接地清除ROS和上调抗氧化物酶的活性。

维生素C，即抗坏血酸（ascorbic acid），在自动氧化过程中突出的化学性质是氧化还原，故既是抗氧化剂，又是具有氧化增强作用的典型化合物。辐射暴露后生成^•OH，导致DNA氧化损伤标志物8-羟基脱氧鸟嘌呤核苷（8-hydroxydeoxyguanosine）形成，维生素C能防止自由基诱导的氧化损伤、发挥显著的DNA保护作用。维生素C和叶酸合用能提高抗辐射氧化损伤的有效性，大鼠叶酸缺乏时，与经尿排泄的亚胺甲谷氨酸盐（formiminoglutamate）和组氨酸代谢增加具有相关性。

维生素E已经被认为是最重要的抗氧化剂之一，又称α-生育酚，或α-妊娠醇，为脂溶性分子，人体不能合成，只能由食物供给。维生素E能插入到有不饱和脂肪酸存在的生物膜中，在机体中，主要存在于内质网、线粒体膜、肾上腺和血液脂蛋白内。维生素E抑制ROS诱导的脂质过氧基生成，藉此保护细胞膜磷脂PUFA免受过氧化作用，包括血浆VLDL、细胞蛋白、DNA和膜的氧化损伤。缺乏维生素E的饮食减少了肝脏的CAT、GSH-Px、GR的活性，导致肝脏脂质过氧化作用，引起神经和心脏血管紊乱，这些能通过补充维生素E予以纠正。

许多植物中含有多种胡萝卜素家族成分，包括α、β、γ-胡萝卜素及玉米黄素。胡萝卜素是维生素A的前体。维生素A包括视黄醇（retinol）、视黄醛（retinal）和视黄酸酯（retinyl ester），维生素A是视觉、生殖、维持细胞氧化还原状态和生长发育等正常功能所必需的。此外，许多类胡萝卜素也能抑制细胞的iNOS表达和诱导性NO合成，还能明显减少细胞质维生素E的消耗。

经膳食补充维生素B₁₂和叶酸也同样能够减少辐射诱导大鼠的自由基损伤，改善血白细胞计数减少；补充维生素B复合物或维生素C能纠正肝脏8-羟基脱氧鸟嘌呤核苷浓度的异常增加。一些B族维生素能消除高半胱氨酸导致的内皮细胞OS，减少心脏血管病的危险。此外，具有支持神经细胞作用的许多维生素能通过iNOS抑制NO生成，1,25二羟维生素D₃、维生素K₂和烟酸也具有抑制iNOS表达作用。

（四）矿物质

镁是葡萄糖-6-磷酸脱氢酶等的辅助因子，膳食镁摄入不足可减少葡萄糖-6-磷酸脱氢酶合成，进而减少GR活性，引起骨骼肌、脑和肾脏的蛋白氧化损伤。铜、锌和锰也是机体许多酶不可缺少的矿物质，如Cu、Zn-SOD和Mn-SOD。因此，这些矿物质膳食摄入不足，能显著减少组织中Cu、Zn-SOD和Mn-SOD活性，造成线粒体功能不良，引起氧化损伤。铜或锌摄入不足还可提高肝脏和肺的微粒体P-450活性，刺激ROS生成，增加肠道iNOS的表达。微量元素硒是硒依赖性酶GSH-Px的辅助因子，膳食中硒摄入减少可使其活性显著降低，同样引起线粒体氧化损伤。

铁是机体内含量最丰富的微量元素，铁与许多蛋白具有多种内在联系。铁离子与体内氧化应激具有密切关系，主要形态是2价离子，其原因是：①Fe³⁺不是水溶性的；②Fe²⁺参与自由基生成。细胞内外铁浓度负荷增加，与饮食铁摄入过量、饮食蛋白不足尤其是铁-结合蛋白浓度降低有关。细胞铁负荷增加能促进ROS的生成，引起OS和脂质过氧化作用。细胞非血红蛋白铁的额外增加，能促进iNOS蛋白表达，导致许多类型的细胞合成NO增加，经与ROS反应形成过氧亚硝酸基，促进氧化损伤。有报道，通过膳食补充硫酸铁（14mg/d）和大剂量维生素C（260mg/d）12周，能引起人类白细胞DNA的氧化。

（五）食物中的其他天然抗氧化物质

在众多蔬菜、水果中含有大量黄酮类物质，属于多酚化合物中的一部分。目前已发现的种类超过4 000多种，主要分布于叶、树皮、果实、种子和花的色素中。根据其分子结构的不同，有些为强抗氧化剂，有些为弱抗氧化剂。常见的有山柰酚、槲皮素、芦丁、橙皮苷和粗毛甘草素等，它们具有多种多样的生物学作用，能有效地抑制脂类过氧化作用，清除、^•OH和¹O₂，有些黄酮类物质能络合Fe²⁺，还能抑制许多酶如NADH氧化酶、脂氧化酶、环氧化酶、髓过氧化物酶和黄嘌呤氧化酶等的活性，减少自由基的生成量。

存在于水果、蔬菜中的单宁（tannin），又名鞣质，具有抑制多种肝微粒体过氧化模型中自由基反应的作用，也是一种较强的抗氧化剂。许多蔬菜、水果的抗氧化作用可能与此有关。但是，由于单宁具有蛋白凝固、沉淀作用，所以使用剂量的大小会严重影响作用效果。蔬菜、水果还含有大量含巯基物质，具有清除自由基作用，主要包括GSH、硫辛酸（LA）、辅酶A、蛋氨酸、N-乙酰半胱氨酸（NAC）、半胱氨酸等一类含巯（或二硫键（RSSR）的物质。

茶叶为人类提供丰富的抗氧化物质。茶多酚是绿茶中存在的天然多酚类化合物，茶多酚的主要成分是儿茶素，具有抗氧化、捕集体内自由基、抗衰老、抗辐射等多方面的功效，还有预防与治疗心脑血管疾病和免疫增强作用。此外，茶叶提取物中还有茶叶多糖、茶叶咖啡碱等抗氧化物质。

番茄中含有的番茄红素（lycopene）是迄今发现的清除¹O₂的最强物质，可以有效地抑制光敏反应。

葡萄酒中也富含黄酮类物质，其预防心血管病的作用备受西方人重视。从葡萄籽中可以提取原花青素、白藜芦醇等天然抗氧化物质。

二、抗氧化营养素的作用机制

抗氧化剂可能通过两种方式抑制或延缓氧化，一是通过清除自由基抗氧化，被称为初级抗氧化剂，如酚类化合物；二是通过不涉及直接清除自由基的机制，被称为刺激抗氧化剂，如通过金属离子的螯合将氢过氧化物转化为非自由基物质、ROS清除等。目前，除了维生素C和GSH，只有极少数天然物质属于抗氧化剂，目前比较常用的合成抗氧化剂为酚类化合物，但是由于其可能出现的致癌及其毒性作用，更青睐于天然抗氧化剂。人类膳食中含有具有抗氧化活性或基于其结构特性可清除ROS的一系列不同化合物，如决明子提取物中的天然生物活性物质可通过多种机制抑制自由基。提取物具有抗氧化特性，并能保护DNA和细胞膜免受氧化损伤（图8-3）。膳食抗氧化剂的突出代表有维生素C、维生素E、类胡萝卜素和黄酮类化合物。研究发现在动物日粮中添加外源性抗氧化剂，一方面可以提高抗氧化酶的活性；另一方面可增加抗氧化剂在动物机体组织或细胞的浓度，提高抗氧化应激的能力。

研究证实，使用抗氧化剂预防或治疗高血压无效，说明其没有益处。与此相反，富含水果、蔬菜和粗粮的膳食却可通过减少自由基的应激保护心血管系统并降低血压。一些研究表明，单独补充维生素C、维生素E或β-胡萝卜素没有任何有益效应，且在高剂量时发挥助氧化的作用。越来越多的研究显示，植物性食物的健康益处可能不是来源于某一个特定的化合物，而是水果和蔬菜的整体作用，即其中的植物化学物质和营养物质复杂的协同作用。许多人体试验中未观察到补充单一物质的健康益处。例如，研究发现，不去皮苹果中的维生素C仅占总抗氧化活性的0.4%，这表明水果和蔬菜的大部分抗氧化活性可能来自苹果中的酚类和黄酮类化合物。植物化学物质在水果和蔬菜中协同作用是其强效的抗氧化剂和抗癌活性的原因，并且富含水果和蔬菜的饮食的益处归因于存在于整个食物中的植物化学物质的复杂混合。

许多健康组织也建议，应该摄取富含天然抗氧化剂的“全食物”，所谓“全食物”意味着吃完整的食物，获取完整的营养。其包含营养素（如维生素）和植物化学物质（如多酚）。事实上，人类是不能够从头合成这些抗氧化成分的，而植物性食物，如苹果、李子、香蕉、西红柿、土豆、洋葱、西兰花等是这些抗氧化剂成分的天然来源。抗氧化剂除了天然存在于食品外，强化、补充分离得到的抗氧化成分及摄入合成抗氧化剂，也是抗氧化剂的来源。

（杨建军　海春旭　顾景范）